筆記本電腦音頻功率放大器實時開關控制電路的設計與實現(xiàn)-

信息技術筆ｉ己本電腦音頻功率放大器實時開關控制電路的設計與實壩譚一秋（蘇州大學電子信息學院劉家勝江蘇?蘇州２１５０２１）＃＿’‘?！埃?。。一。?！?、‘…”…７……々’７’?！薄啊郑赫敼P記本電腦中的音頻處于非插放狀態(tài)時，會，帶來靜態(tài)電流損耗，并產生靜態(tài)噪音．針對以上問題，：≯設計出一種實時開關控制電路，即在音頰電路中增加對一，音頻功率放大器ｌｃ的控制，使功率放大器ＩＣ在有音頻；：信號播放時可以及時啟動。在音頻信號消失時能夠瞬間；ｊ關閉．實驗選用的是正弦波音頻信號，良好的實驗結果，！表明音頻功率放大器實時開關控制電路可達到節(jié)能和：：戰(zhàn)少噪音輸出的目的．ｔ，關鍵詞開關控制電路ｃ．ｏｄｅｃ音頻功率放大器電：：壓比較囂節(jié)能減少噪音；：中圖分類號：ＴＰ３６文獻標識碼：Ａ《，７＃７７ｉ，，＿＿ｉ…ｒ，ｆ，………，?！?，，?！矗煲砸纛l功率放大器主要是由前置級、音調級和功率放大級等三大部分構成。前置級要求輸入阻抗高、輸出阻抗小、頻帶寬、噪聲?。饕袚刂迫蝿?，對各種聲源信號進行選擇和處理；音調級對輸入信號主要是起到提升、衰減作用，它將微弱信號放大到，進行各種音質控制，以美化音色；功率放大級是音頻功放電路中的主要部分，決定輸出功率的大小，要求具有輸出效率高，輸出功率大的特點；所承擔的是放大任務，是將前面輸出的音頻信號進行功率放大，以推動揚聲器發(fā)聲。為了驅動筆記本電腦的揚聲器，達到更好的擴音效果，在目前的筆記本電腦行業(yè)中，是在音頻解碼模塊“ＣＯＤＥＣ”后連接一塊音頻功率放大ＩＣ．通常情況下，在筆記本電腦處于工作狀態(tài)時，這個音頻功率放大器是常開的。就是說，在音頻處于非播放狀態(tài)下，音頻功放仍然沒有關閉。由此。會帶來不必要的靜態(tài)電流損耗，還會產生靜態(tài)噪音。然而，在移動辦公中，筆記本節(jié)能是重中之重，不必要的電能損耗給筆記本續(xù)航帶來了巨大困難。針對以上問題，提出一種在音頻線路部分增加功率放大器實時開關控制器的設計思路，通過電壓比較器偵測“ＣＯＤＥＣ”有無音頻信號輸出來控制功率放大器的開啟與關閉，從而減少功率放大器ＩＣ的電源損耗，還消除了揚聲器的靜態(tài)噪音。２音頻功率放大器實時開關電路總體設計方案功率放大器實時開關控制電路的原理如圖ｌ所示．電路主要包括音頻解碼模塊“ＣＯＤＥＣ”、音頻功率放大器，以及音頻功率放大器實時開關控制電路三部分。當實時開關控制電路偵測到“ＣＯＤＥＣ”無音頻信號發(fā)出時就發(fā)出指令．使音頻功率放大器置于關斷模式（—ＳＨＵ—ＴＤＯＷＮ）；當“ＣＯＤＥＣ”有音頻萬方數(shù)據信號發(fā)出時，實時開關控制電路也會立即發(fā)出指令，使音頻功率放大器瞬間回到工作狀態(tài)。圖１筆記本電腦音頻功率放大器實時開關控制原理框２．１電路介紹當筆記本電腦在播放多媒體文件時，數(shù)字音頻信號將通過音頻解碼模塊“ｃｏｄｅｃ”解碼成模擬音頻信號，此后再需通過一功率放大器放大后才可接給揚聲器。ＦＲＯＮＴ－Ｌ和ＦＲＯＮＴ－Ｒ便分別此音頻解碼模塊“ｃｏｄｃｃ”的左聲道輸出端和右聲道的輸出端，如圖２所示．同時ＦＲＯＮＴ－Ｌ和ＦＲＯＮＴ－Ｒ在本文中也分別記作Ｖ。。和Ｖ。。，表示為此實時開關電路的信號輸入端，用來實時地偵測“ｃｏｄｃｃ”的左右聲道是否有音頻信號輸出。圖２筆記本電腦音頻功率放大器實時開關控制電路圖這里音頻功率放大器選擇以ＡＮＰＥＣ公司生產的ＡＰＡ２０６８為例，當在開啟的筆記本電腦處于空閑狀態(tài)時，靜態(tài)無音頻輸出，測得ＡＰＡ２０６８消耗的電流；而在ＡＰＡ２０６８關斷模式下（ＳＨＵＴＤＯＷＮ引腳拉底），其消耗僅為１嶂。因此有必要設計一裝置使得可以在筆記本電腦處于空閑狀態(tài)時把其功率放大器關斷（ＳＨＵＴＤＯＷＮ）．從而可以達到節(jié)約一部分電能的作用．另外由于關斷了音頻功放，使得筆記本的揚聲器也可以徹底“靜音”了．筆記本電腦功率放大器實時開關電路的核心器件是由兩個電壓比較器Ｕｌ和ｕ２，以及Ｕ３和Ｕ４分別組成的一個觸發(fā)電路。以左聲道偵測為例，比較器Ｕｌ和Ｕ２分別設置成反向導黜：ｕ２的參考電位計算公式為：Ｖ糍。當筆比較器和同向比較器。Ｕ１的參考電位計算公式為：Ｖｆ記本電腦處于空閑狀態(tài)時，即“ｃｏｄｃｃ”處于靜態(tài)時，經示波器測得“ｃｏｄｅｃ”輸出的偏置電壓是（如圖３所示），波動在內。那么１２３陪息技術在此時可以微調Ｒ４的阻值，設置Ｖ。和Ｖｎ的值，使得ＶＬ＜Ｖ；。Ｌ＜Ｖ。，這樣在電腦處于無音頻信號輸出時，比較器的輸出Ｖ。。為高電平（邏輯１）：當筆記本電腦播放多媒體文件時，即“ＣＯ．ｄｅｃ”有音頻信號輸出時，Ｖ。位置將偵測到遠超出設定的ＶＬ和Ｖ。門限值的范圍，于是比較器的輸出Ｖ岬將迅速拉低，輸出邏輯０。右聲道的控制同左聲道一樣。由于筆記本電腦的音頻輸出有左右兩組聲道，因此需要同時偵測兩組聲道是否都有輸出來控制音頻功放的開關。Ｕ５為與非門，其輸出端接音頻功放的開啟關斷引腳ＳＨＵＴＤＯＷＮ。只有當Ｖ。和Ｖ。。都無音頻信號輸出時，即Ｖ。。和Ｖ。。同時輸出高電平（邏輯１）．此時與非門才輸出邏輯０，關斷音頻功放。當Ｖ。。和Ｖ。．一中只要有一路有音頻信號輸出時，也就是兩組比較器的輸出Ｖ。。和Ｖ娜中只要有一個是邏輯０，那么與非ｆ－ｊＵ５都會迅速輸出邏輯ｌ，使音頻功放迅速從省電狀態(tài)中喚醒，不會丟失聲音信息。鹽；￡藍＝圖３“ｃｏｄｃｃ＂音頻輸出的圖４音頻功率放大器的響靜態(tài)偏置電壓應時問２．２元件選擇２．２．１ＡＰＡ２０６８介紹ＡＰＡ２０６８是一個單片集成電路立體聲音頻功率放大器ＩＣ，可以通過調整ＤＣ電壓來控制音量的大小。在４０ｈｍ的揚聲器上可以產生范圍的音頻功率，且ＴＨＤ控制在１０％內。此功放的音量控制范圍可以從２０ｄＢ到－８０ｄＢ，并且分成３２階可調。在ＡＰＡ２０６８中，加入了“ｐｏｐ”聲音抑制電路以防止在該功放ＩＣ在上電和斷電的瞬間產生“ｐｏＰ”的噪音。同時，在ＡＰＡ２０６８中也加入了過熱保護電路，可防止溫度過高產生的損害。在ＡＰＡ２０６８的引腳中，１腳為靜音控制，高電平有效，靜音時功放ＩＣ正常工作．但輸出端無信號。２腳為關斷控制，低電平有效，當關斷時功放Ｉｃ處于低功耗的省電休眠狀態(tài)。３腳、６腳分別為右聲道、左聲道的輸入。４腳接功放ＩＣ的偏置電壓。５腳、１２腳為電源地。１０腳、１５腳為電源。７腳、８腳為音量控制端。９腳、ｌｌ腳和１４腳、１６腳分別為功放ＩＣ的左右聲道輸出，接揚聲器。１３腳為模式選擇：高電平為耳機模式，底電平為揚聲器模式。２．２．２ＭＡＸ９１２０介紹ＭＡＸ９１２０是美信公司的一種電壓比較器，具有功耗低（≤３５０ｈＡ）和響應快（、＜４５１ａｓ）的特點。５腳為電源Ｖｃｃ，給整個Ｉｃ提供工作電壓，２腳ＶＥＥ接電源地，３腳ＩＮ＋和４腳ＩＮ－分別為Ｉｃ的同向輸入端和反向輸入端，ｌ腳ＯＵＴ為比較器輸出．ＭＡｘ９１２０有兩種封裝：ＳＣ７０封裝和Ｓ０封裝，這里以ＳＣ７０為例，使用時需注意．３測試結果和分析在ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統(tǒng)中進行實驗，將Ｕｌ的參考電位設置。１２４萬方數(shù)據為ｖｆ２．５２，ＶＬ＝２．４８，實際量測為Ｖ。＿Ｌ處的Ｖｆ２．５１８，ＶＬ＝２．４８３；Ｖ¨處的Ｖ｝Ｉ＝２．５２１，ＶＬ－－２．４８２。當筆記本系統(tǒng)在不運行任何音頻文件時用人耳聽筆記本電腦揚聲器，無任何噪音；進而播放音樂以及點擊操作系統(tǒng)音量調節(jié)按鈕，這時ｖ。＿Ｌ和Ｖ。Ｊ都超出了Ｖ。和Ｖ。設定的門限范圍，于是Ｕ５迅速從邏輯０變?yōu)檫壿嫞?，音頻功放迅速，迅速回到工作狀態(tài)，可立即聽到音樂聲。再播放ＩＫＨｚ正弦波音頻文件進行示波器測量，從“ｃｏｄｃｃ”發(fā)出信號開始到音頻功率放大器從關斷狀態(tài)返回到工作狀態(tài)且有信號輸出所需要的時間，測得為６０郵（如圖４所示），此時間遠低于人體的反應時間，因此不會使人有丟失聲音信息的感覺。計算筆記本電腦在播放音頻文件時，也就是音頻功率放大器在正常工作狀態(tài)時的所需要的電流約為９ｍＡ：而在筆記本電腦處于空閑狀態(tài)時，也就是音頻功率放大器處于關斷狀態(tài)下所需電流只有ｌ雌。可以通過公式Ｐ＝ＵＩ得出結論，音頻功率放大器在關斷狀態(tài)的能耗遠小于其正常工作狀態(tài)的能耗。４結論筆記本功率放大器實時開關控制電路，是由兩個電壓比較器組成的雙門限比較電路?？梢杂行У貙崟r控制筆記本電腦中音頻功率放大器的開閉，從而實現(xiàn)了進一步節(jié)省筆記本的電能的目的，也更好地消除揚聲器靜態(tài)噪音。需要注意的是．在電壓比較器電路的選材上應該盡可能選用低功耗高響應元件，否則會造成電能損耗或丟失聲音信息。參考文獻【ｌ】周全才，李斌數(shù)字音頻功率放大器的技術與現(xiàn)狀【Ｊ】．聲頻工程和設備，２０００．１Ｉ（６）：８５～９０．【２ｌＲＥＡＬＴＥＫ公司ＡＬＣ８８８７ｌ＋２ＣｈｓｍｓｅｌＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＡｕｄｉｏＣＯＤＥＣＤａ協(xié)．－ｓｈｅｅｔ２００６ｈｔｔｐ：／／ｒｅａｌｔｅｋｉｎｆｏ／ｐｄｆｆＡＬＣ８８８－１．ｏｐｄ￡【３】張友漢新編電子線路設計實用手冊【Ｍ】福建：福建科學技術出版｛?。蹋玻埃埃罚福埂梗玻荆础靠勺詣雨P斷的揚聲器放大器．有效節(jié)省手機功耗【Ｊ】電子設計工程。２００８０７：７７～７８．【５】李興超大規(guī)模集成電路技術基礎【Ｍ】．ｊＥ京：電子工業(yè)出版社．１９９９．Ｉ～３２．【６】陳華音頻技術及應用【ＭＪ．四川：西南交通大學出版社，２００７１６６～１７５．【７ｌＡｌｄａｊａｍＭＡ．ＳｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄＰｅｒｆｏｎｎａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｎａｄａｐｔｉｖｃｓｉｇｍａ－ｄｅｌｌａｍｏｄ?ｕｌａｔｏｒ．１ＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔ／ｏｎｏｎＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｃｍｓＩＩ．２００ｌ４８：２３３～２４４．ｆｓ】ＡＮＰＥＣ公司ＡＰＡ２０６８Ｓ衙ｅ０２．６ＷＡｕｄｉｏＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ（砌ＤＣ＿Ｖｏｌｕｍｅ－Ｃｏｎｔｒ０１）Ｄａｔａｓｈｅｅｔ．２００５，ｈｔｔｐ：ｌｌｗｗｗｄａｌａｓｈｅｃｔｃａ＇，ａｌｏｇ．ｏｒｇ／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ２／５０／５０７１９３．１ｐ越【９】ＭＡＸＩＭ公司．ＭＡＸ９１１７?ＭＡＸ９１２０Ｎａｎｏｐｏｗ玎，Ｂｃｙｏｎｄ?ｔｈｅ－ＲａｉｌｓＣｏｍｐａｒａ－ｔ